金属材料学第8章铸铁解读

KTH30006 KTB35 -04
KTZ45006
8.1.2 铸铁的石墨化及影响因素 8.1.2.1 铸铁石墨化过程
按Fe-Fe3C 相图结晶， 得到白口铸 铁
按Fe－G相 图结晶的为 灰口铸铁
4.26
L+G
L+Fe3C
736℃
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图 8.1实线为Fe－Fe3C相图，虚线为Fe－Gr相图
MPa。
HT150
“HT”表示灰铸铁代号。
HT200
球 墨球
铸状 铁
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F F+P P
QT + 两组数字
QT400-
第一组数字表示最低抗拉强 15
度值，MPa；
QT600-
第二组数字表示最低延伸率值，3
%。 “QT”表示 球墨铸铁代号
QT7002
铸铁的分类与牌号表示方法（续）
铸铁 石墨 基体 名称 形态 组织
也可以由渗碳体加热时分解得到。
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石墨化分两个阶段：
在P’S’K’线以上发生的石墨 化称为第一阶段石墨化。发 生在P′S′K′线以下的G化 为第二阶段，
第一阶段石墨化包括结晶时 一次石墨、二次石墨、共晶 石墨的析出和加热时一次渗 碳体、二次渗碳体及共晶渗 碳体的分解.
第二阶段石墨化包括共析转 变石墨和共析渗碳体的分解。
从动力学条件看，有利于渗碳体的形成
浓度差小 比较接近
3.原子扩散
有利于Fe3C长大
G长大，不但要C原子扩散集中，而 且Fe原子要从G生长前沿逆向扩散。
而Fe3C长大只要C扩散，Fe原子局部 移动即可。G长大较难。
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三、铸铁的石墨化过程 铸铁中的碳原子析出形成石墨的过程称为
石墨化。 铸铁中的石墨可以在结晶过程中直接析出，
叶轮
8.1.1铸铁的分类17
按石墨存在的形式及石墨形态分类 灰铸铁 C全部或大部分以游离的片状石墨形式存在，断口呈灰色 球墨铸铁 C全部或大部分以游离的球形石墨形式存在 蠕墨铸铁 C全部或大部分以游离的蠕虫状石墨形式存在 可锻铸铁 C全部或大部分以团絮状石墨形式存在，好的韧性，塑性 白口铸铁 C全部或大部分以化合态的Fe3C形式存在，呈白亮色 麻口铸铁 灰口＋白口铁的混合组织
特点：铸造性能优良，熔化加工简单，成本 低，减振性能好
用途：广泛用于机械制造，冶金矿山，石油 化工，交通运输等
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例如，机床
床身、内燃
内
机的汽缸体、
燃 机
缸套、活塞
汽 缸
环及轴瓦、
曲轴等都可
用铸铁制造。
铸铁曲轴
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启 动 阀
箱体
进 气 管
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图8.2γFe－Fe3C-Gr自由能与温度
铸铁结晶时，热力学条件对石墨化有利
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1.成分起伏
二、动力学条件
L 4.3%C
Fe3C（6.67%C）+ A G（100%C）+ A
2.结构起伏
L（或γ-Fe） Fe 、C并存
Fe3C （复杂斜方结构）
G （六角形层状结构）
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一、热力学条件
1.当液态合金温度>1154℃时，
液体金属自由能FL最低，
自
不发生任何相变
由
2. 1148 ℃ <液体合金<1154 ℃ ， 能
只能发生L→γ＋G
F
3. 液态合金的温度<1148 ℃ ,
虽然能形成莱氏体，但由于
液态金属与奥氏体＋石墨的
自有能差更大，有利于生成γ＋G
L γ+Fe3C
γ+G 1148 ℃1154 ℃ 温度T
石
灰铸铁
墨 片
的显微
的 三
维
组织
形 貌
铁 素 体 灰 铸 铁
铁
素
珠 光 体 灰 铸 铁
体 加 珠 光 体 灰 铸
铁
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球墨铸铁的显微组织
铁
素 体 球 墨 铸 铁
珠 光 体 球 墨 铸
铁
铁
素
体
球
加
墨
珠
铸
光
铁
体
中
球
的
墨
石
铸
墨
铁
球
蠕墨铸铁的显微组织
铁素20体20基/11体/19
铸铁类型
灰铸铁 麻口铸铁 白口铸铁
8.1.2.2影响铸态组织的因素 1.碳当量的影响
C Si
C和Si是基本成分，是↑↑G元素。石墨来源 于C。Si含量一般在0.8~3.5%之间，Si的加入使
Fe-G相图发生变化。
① 共晶点和共析点碳量随硅含量的↑而↓；
Si 作
② 使共晶和共析转变在一温度范围内进行；
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4.26
L+G
L+Fe3C
736℃
铸铁的石墨化程度与其组织之间的关系 （以共晶铸铁为例）
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石墨化进行程度
第一阶段 第二阶段石
石墨化
墨化
铸铁的显微组织
完全进行
完全进行 部分进行
未进行
F+G F+P+G P+G
部分进行 未进行
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未进行 Le’+P+G 未进行 Le’
用
③ ↑共晶和共析温度。共析温度提高更
多，大约每↑1％ Si ，可使共析温度↑28℃；
第八章 铸铁 cast iron
8.1概述 8.2普通灰铸铁 8.3球墨铸铁 8.4蠕墨铸铁 8.5可锻铸铁 8.6合金铸铁
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8.1 概述
铸铁：铸铁是含碳量大于2.11%并含有较多硅、
锰、硫、磷等元素的多元铁基合金。
化学成分：C：2.5-4.0％ Si：1.0-3.0％
珠光体基体 蠕墨铸铁中的石墨
可锻铸铁的显微组织
珠光体可锻铸铁
黑心可锻铸铁
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可锻铸铁的石墨化退火
共晶白口铸铁
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铸铁的分类与牌号表示方法
铸铁 石墨 基体 名称 形态 组织
编号方法
牌号实例
灰
铸片 铁状
F F+P P
HT + 一组数字
HT100
数字表示最低抗拉强度值，单位
编号方法
牌号实例
蠕蠕 墨虫 铸 铁状
可 团
锻絮 铸状 铁2020/11/19
F F+P P
F 表F 心P P
RuT + 一组数字
RuT260
数字表示最低抗拉强度值,
MPa。
RuT300
“ RuT”表示蠕墨铸铁代 RuT420 号
KTH + 两组数字 KTB + 两组数字
KTZ + 两组数字
KTH、KTB、 KTZ分别为黑心、 白心、珠光体可锻 铸铁代号；第一组 数字表示最低抗拉 强度值，MPa；第 二组数字表示最低 延伸率值，%
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工业 铸铁 的成 分范 围与 组织
Si/Mg/Ce
中速冷却
缓冷
工业铸铁的成分范围
快冷 中速冷却 缓冷
中速冷却 缓冷
珠光体 蠕墨铸铁
铁素体 蠕墨铸铁
白口铸铁
珠光体灰铸铁 铁素体灰铸铁
石墨化退火
珠光体 球墨铸铁
铁素体 球墨铸铁
快冷
缓冷
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珠光体 可锻铸铁
铁素体 可锻铸铁